KR20220099702A - Air cleaning device using atmospheric-pressure plasma - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an air purifier using atmospheric pressure plasma. In detail, the air purifier sterilizes and purifies pathogens, bacteria, viruses, or mold poisons while removing ozone. More specifically, the air purifier comprises: an air fan (10) sucking air; a plasma generator (20) having a structure in which a plurality of stacked electrode panels, where dielectrics (23) are installed on both inner walls between a discharge electrode (21) and a grounding electrode (22), are stacked; and an ozone filter (30) enabling a catalyst decomposing ozone to be supported. The air purifier has a simple structure to be easily installed and minimized and has rapid sterilization time to perform effective treatment.

Description

상압 플라즈마를 이용한 공기 청정 장치{Air cleaning device using atmospheric-pressure plasma}Air cleaning device using atmospheric-pressure plasma

본 발명은 상압 플라즈마를 이용한 공기 청정 장치에 관한 것으로, 상세하게는 유전체 장벽 방전을 이용하여 병원균, 세균, 바이러스 또는 곰팡이 독 등을 살균 정화하는 동시에 오존을 제거할 수 있는 공기 청정 장치에 관한 것이다. 특히 신형 코로나 바이러스 및 신형 인플루엔자 바이러스를 대상으로 한 플라즈마를 이용한 공기 청정 장치이다.The present invention relates to an air purifying device using atmospheric plasma, and more particularly, to an air purifying device capable of sterilizing and purifying pathogens, bacteria, viruses, or fungal poisons and simultaneously removing ozone using dielectric barrier discharge. In particular, it is an air purifier using plasma targeting new coronavirus and new influenza virus.

최근 신형 코로나 바이러스에 의한 감염증의 집단 감염이 세계 규모로 일어나고 있어 큰 사회 문제가 되고 있다. 특히 코로나 바이러스-19(COVID-19)는 호흡기 질환을 야기하는 바이러스는 매우 높은 전염역을 가지고 있다. 특히 습기가 있는 실내 공간에서는 공중에 부유하는 신형 코로나 바이러스는 건조하기 어려우며 수 10분 정도는 감염력을 유지하고 있다. 에어로졸 상태로 3 시간 이상 생존할 수 있다는 견해도 있다. Recently, mass infection of infectious diseases caused by the new coronavirus is taking place on a global scale, and it is becoming a big social problem. In particular, Corona virus-19 (COVID-19), a virus that causes respiratory diseases, has a very high infectious disease. In particular, in a humid indoor space, the new coronavirus floating in the air is difficult to dry and maintains its infectivity for several 10 minutes. There is also the opinion that it can survive more than 3 hours in aerosol state.

일반 가정, 오피스, 병원, 음식점, 술집 등과 같이 구분된 공간에서는, 감염력을 가진 신형 코로나 바이러스가, 에어로졸로서 부유하고 있을 가능성이 높기 때문에 감염하는 리스크는 더욱 커진다. 공중에 부유하는 신형 코로나 바이러스로부터 몸을 지키려면 밀폐된 공간에 존재하는 공기를 주기적으로 완전히 환기할 필요가 있다. 환기를 할 수 없는 경우는 실내의 공기를 정화 혹은 살균하는 것이 요구된다. 특히, 병원이나 노인 보호 시설 등에서는 살균 기능을 구비한 공조설비가 요구된다.In separate spaces such as general homes, offices, hospitals, restaurants, and bars, the risk of infection increases because the new coronavirus with infectious power is highly likely to be floating as an aerosol. In order to protect the body from the novel coronavirus floating in the air, it is necessary to periodically and completely ventilate the air existing in an enclosed space. When ventilation is not possible, it is required to purify or sterilize the air in the room. In particular, in hospitals or elderly care facilities, air conditioning equipment having a sterilization function is required.

일반적으로 공기 정화 장치에서는 플라즈마 방식 이외에 여러가지 방식을 채택되고 있지만, 이들은 살균하기 위한 필요 시간(폭로 시간)이 길기 때문에, 소비전력이 증가하는 등 제조 비용이 높아 실용 가치는 별로 없다. In general, various methods other than the plasma method are adopted in the air purification apparatus, but since the required time (exposure time) for sterilization is long, the manufacturing cost is high, such as an increase in power consumption, and there is little practical value.

플라즈마는 공기와 반응하여 오존, OH라디칼, 음이온 등을 포함한 여러 가지 활성종들을 생성한다. 이러한 활성종들 중에서 오존은 살균 소독 작용을 나타내며 화학물질을 분해하기도 한다. Plasma reacts with air to generate various active species including ozone, OH radicals, and negative ions. Among these active species, ozone exhibits a sterilizing and disinfecting action and also decomposes chemicals.

특히 플라즈마 방전시 발생되는 오존을 이용하는 살균 방법에서는, 오존 자체가 매우 불안정하고 강한 산화력을 가지고 반응성이 높은 물질이어서, 농도가 높은 경우에는 강한 독성을 나타내므로 저농도 오존(예를 들면 농도 6.0ppm)을 사용해야 하는데, 이 경우 살균 효과는 상대적으로 약하여 코로나 바이러스를 살균 또는 불활성화하기 위해서는 적어도 노출시간이 55분 정도가 필요하다는 단점이 있다.In particular, in the sterilization method using ozone generated during plasma discharge, ozone itself is very unstable, has a strong oxidizing power, and is a highly reactive substance. In this case, the sterilization effect is relatively weak, and there is a disadvantage that at least an exposure time of about 55 minutes is required to sterilize or inactivate the corona virus.

따라서 살균시간을 짧게 하면서도 안전하고 효과적으로 신형 코로나 바이러스를 처리하는 것은 물론이고 간단한 공정으로 제조 비용까지 절감할 수 있는 공기 청정 장치가 요구된다.Therefore, there is a need for an air purifier that can reduce the manufacturing cost with a simple process as well as safely and effectively treating the new coronavirus while shortening the sterilization time.

국내등록특허 제10-0779841호(등록일 2007.11.20.)Domestic Registered Patent No. 10-0779841 (Registration Date 2007.11.20.) 일본공개특허 제2018-110648호(공개일 2018.07.19.)Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-110648 (published on July 19, 2018) 일본공개특허 제2020-163232호(공개일 2020.10.08.)Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-163232 (published on Oct. 8, 2020) 국내등록특허 제10-2005618호(등록일 2019.07.24.)Domestic Registered Patent No. 10-2005618 (Registration Date 2019.07.24.) 국내등록특허 제10-2138300호(등록일 2020.07.21.)Domestic Registered Patent No. 10-2138300 (Registration Date 2020.07.21.)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 복수 개의 유전체 장벽 구조를 채택한 상압 플라즈마를 이용하여 단순화하여 제조비용을 줄일 수 있고 설치가 용이한 공기 청정 장치를 제공하고자 하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an air cleaning device that can reduce manufacturing cost and is easy to install by using atmospheric pressure plasma adopting a plurality of dielectric barrier structures.

또한 플라즈마 방전시 발생되는 오존을 제거할 수 있으면서도, 높은 전염력을 가진 신형 코로나 바이러스 등을 완벽하게 살균할 수 있는 장치의 조합을 제공하는데 그 목적이 있다.It also aims to provide a combination of devices that can remove ozone generated during plasma discharge and completely sterilize new coronaviruses with high infectious power.

상기 과제를 해결하기 위하여, 오염된 공기를 흡입하는 공기 팬(10)과, 방전 전극(21)과 접지 전극(22)사이의 양쪽 내벽에 유전체(23)가 설치된 전극패널을 복수개 적층한 구조를 가진 플라즈마 발생기(20)와, 오존을 분해하는 촉매를 담지시킨 오존 필터(30)를 구비한 것을 특징으로 하는 공기 청정 장치를 제공한다.In order to solve the above problem, a structure in which a plurality of electrode panels in which an air fan 10 for sucking contaminated air and a dielectric 23 are installed on both inner walls between the discharge electrode 21 and the ground electrode 22 is laminated. There is provided an air purifier comprising an excitation plasma generator (20) and an ozone filter (30) carrying a catalyst for decomposing ozone.

오염된 공기가 흡인되어 플라즈마 발생기(20)의 전극 패널 사이의 간극을 통과하면서 유전체 장벽 방전(DBD, dielectric barrier discharge)이 일어나고 이 플라즈마 방전에 의해 생성되는 활성종들에 의해 공기 중에 포함된 세균이 살균되며, 미세먼지 등 유해물질들이 분해된다. 상기 활성종 중에서는 오존이 포함되어 있으며, 오존은 탁월한 살균력이 있지만 인체 호흡기 등에 악영향을 미쳐 그 농도는 일정 수준 이하로 제한되어야 한다. 따라서 오존을 제거할 수 있는 수단으로 촉매가 담지된 오존 필터(30)를 별도로 구비할 필요가 있다.Dielectric barrier discharge (DBD) occurs as the contaminated air is sucked and passes through the gap between the electrode panels of the plasma generator 20, and bacteria contained in the air are removed by active species generated by the plasma discharge. It is sterilized and harmful substances such as fine dust are decomposed. Among the active species, ozone is included, and although ozone has an excellent sterilizing power, its concentration should be limited to a certain level or less because it adversely affects the human respiratory system. Therefore, it is necessary to separately provide the ozone filter 30 on which the catalyst is supported as a means for removing ozone.

플라즈마 발생기에서 상기 방전 전극(21)과 접지 전극(22)과의 간격(S)은 1mm이하인 것을 특징으로 한다.In the plasma generator, the distance S between the discharge electrode 21 and the ground electrode 22 is 1 mm or less.

또한 상기 플라즈마 발생기는 교류 전원 또는 직류 펄스 전원을 이용하여 구동되는 것을 특징으로 한다. 전원의 주파수는 20kHz이상의 전원을 이용하여 구동되는 것을 특징으로 한다.In addition, the plasma generator is characterized in that it is driven using AC power or DC pulse power. The frequency of the power is characterized in that it is driven using a power supply of 20 kHz or higher.

또한 상기 플라즈마 발생기의 전극 패널에서 방전 전극의 재료는 텅스텐이고, 상기 유전체의 재료는 산화알루미늄인 것을 특징으로 한 공기 청정 장치를 제공한다. In addition, in the electrode panel of the plasma generator, the material of the discharge electrode is tungsten, and the material of the dielectric is aluminum oxide.

또한 상기 오존 필터에 담지된 촉매는 이산화망간인 것을 특징으로 하는 공기 청정 장치를 제공한다.In addition, the catalyst supported on the ozone filter provides an air cleaning device, characterized in that manganese dioxide.

본 발명에 따르면, 상압 플라즈마 장치는 고가의 진공 장비를 필요로 하지 않기 때문에 경제적이고 인라인 형태로 공정이 가능하므로 생산성을 극대화할 수 있다. According to the present invention, since the atmospheric pressure plasma apparatus does not require expensive vacuum equipment, it is economical and can be processed in an inline form, thereby maximizing productivity.

특히 유전체 장벽은 대기압에서 아주 큰 비-평형조건에서 동작하고, 고출력 방전을 할 수 있으며, 복잡한 펄스 전력 공급기가 없어도 되기 때문에 빠른 시간내에 안전하면서도 효과적으로 신형 코로나 바이러스를 처리할 수 있다.In particular, the dielectric barrier operates in very large non-equilibrium conditions at atmospheric pressure, can perform high-power discharge, and does not require a complex pulsed power supply, so it can safely and effectively treat new coronaviruses in a short time.

또한 오존 필터와의 혼합 작용에 의해, 플라즈마 발생기에서 살균되지 않은 일부 세균이나 바이러스를 완전히 제거할 수 있어서 별도의 가열이나 냉각 단계가 필요하지 않으므로 장치의 소형화를 기할 수 있다.In addition, since some bacteria or viruses that are not sterilized in the plasma generator can be completely removed by the mixing action with the ozone filter, a separate heating or cooling step is not required, so that the device can be miniaturized.

도 1은 본 발명에 따른 상압 플라즈마를 이용한 공기 청정 장치에 대한 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시양태에 따른 공기 청정 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 공기 청정 장치의 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of an air cleaning apparatus using atmospheric pressure plasma according to the present invention.
2 is a cross-sectional view of an air cleaning device according to another embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of an air cleaning device according to another embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 도 1은 상압 플라즈마를 이용한 공기 청정 장치로서, 공기 팬(10)과 플라즈마 발생기(20) 및 오존 필터(30)를 구비하고 있다. 상기 구성들은 스테인레스(SUS316)으로 이루어진 하우징안에 순서대로 설치된다.Hereinafter, with reference to the drawings, FIG. 1 is an air cleaning device using atmospheric plasma, and includes an air fan 10 , a plasma generator 20 , and an ozone filter 30 . The components are sequentially installed in a housing made of stainless steel (SUS316).

플라즈마 반응기는 직류 펄스 전원(미도시)을 이용하여 구동되며 방전 전극(21)과 접지 전극(22)사이의 양쪽 내벽에 유전체(23)가 설치된 전극패널을 복수개 적층한 구조이고 직육면체 형태를 이루고 있다. 상기 직사각형 판모양의 전극패널은 하우징내에서 공기의 통과 방향과 평행하게 배치되어 있고 각 전극과의 간극(S, 본 실시 형태에서는 0.5mm의 간극)를 가지도록 배치되어 있다. 각 전극패널의 배선(미도시)은 교대로 전기적으로 접속되어 있다. The plasma reactor is driven using a DC pulse power supply (not shown) and has a structure in which a plurality of electrode panels with dielectrics 23 installed on both inner walls between the discharge electrode 21 and the ground electrode 22 are stacked, and has a rectangular parallelepiped shape. . The rectangular plate-shaped electrode panel is disposed in the housing in parallel to the air passage direction and has a gap (S, in this embodiment, a gap of 0.5 mm) with each electrode. Wires (not shown) of each electrode panel are alternately electrically connected.

상기 DBD 구조는 두개의 평행한 금속 전극으로 구성되어 있다. 두 전극의 표면은 적어도 하나 이상의 유전체를 접합시켜서 아크발생을 직접적으로 제어한다. 안정적인 플라즈마 작동을 보장하기 위하여 전극을 분리하는 간격은 수 밀리미터로 제한되며 플라즈마 가스는 이 간격 사이로 흘러간다. 유전체 장벽 방전은 국부적으로 파동이나 잡음을 일으키는 불꽃이 존재하지 않지만, 작동 전압 및 주파수에 따라 방전은 필라멘트 형태 혹은 글로우 형태가 된다. 필라멘트 형태의 방전은 유전체 층의 표면에서 발달하는 마이크로 방전 또는 스트리머에 의해 만들어진다.The DBD structure consists of two parallel metal electrodes. The surfaces of the two electrodes bond at least one dielectric to directly control arcing. To ensure stable plasma operation, the gap separating the electrodes is limited to a few millimeters, and plasma gas flows through this gap. In the dielectric barrier discharge, there is no spark that causes local waves or noise, but depending on the operating voltage and frequency, the discharge is in the form of a filament or a glow. Filamental discharges are created by microdischarges or streamers that develop on the surface of the dielectric layer.

이는 두 개의 전극으로 구성되어 있기 때문에 구조적으로 단순하여 대상체에 설치하는 과정에 있어 용이성을 가지고 있다. 또한 작동기의 소형화가 가능하기 때문에 경계층 내의 유동제어에 손쉽게 응용될 수 있다. 또한 다른 장치들에 비해 소비전력이 적고, 빠른 응답특성을 통해 실시간 제어가 가능하다는 장점이 있다. Since it is composed of two electrodes, it is structurally simple and has ease of installation on the object. In addition, since the actuator can be miniaturized, it can be easily applied to flow control in the boundary layer. In addition, compared to other devices, power consumption is low and real-time control is possible through fast response characteristics.

여기서, 방전 전극의 형성 재료로는 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 산화 루테늄(RuO2), 은(Ag), 구리(Cu), 백금(Pt) 등을 사용할 수 있으며, 텅스텐이 가장 바람직하다. 전극의 두께와 폭은 사용하고자 하는 용도에 따라 최적의 플라즈마를 설계할 수 있는데, 본 발명에서는 체류 기간에 따라 그 폭(W)은 70mm에서 300mm까지 조절하여 제작할 수 있다. Here, as a material for forming the discharge electrode, tungsten (W), molybdenum (Mo), ruthenium oxide (RuO2), silver (Ag), copper (Cu), platinum (Pt), etc. may be used, and tungsten is most preferable. . The thickness and width of the electrode can be designed to optimize the plasma according to the intended use, and in the present invention, the width (W) can be adjusted from 70 mm to 300 mm according to the residence period.

종래의 상압 유전체 장벽 방전 플라즈마 장치에서는 전극간의 거리(S)를 대략 1 mm 이상으로 설정하므로, 인가 전압이 높아지고 발열이 발생하고 소비전력이 커진다. 따라서 본 발명은 간극은 1mm이하, 바람직하게는 0.5mm에서 이루어질 수 있도록 설계를 할 필요가 있으며, 전극 표면에 피복되는 유전체의 박막 두께는 가능하면 0.1mm를 넘어서는 안되며, 졸겔법으로 제조되는 것이 바람직하다.In the conventional atmospheric dielectric barrier discharge plasma apparatus, since the distance S between the electrodes is set to be approximately 1 mm or more, the applied voltage is high, heat is generated, and power consumption is increased. Therefore, in the present invention, it is necessary to design the gap to be 1 mm or less, preferably 0.5 mm, and the thickness of the dielectric thin film coated on the electrode surface should not exceed 0.1 mm if possible, and it is preferable to be manufactured by a sol-gel method. do.

특히 상기 플라즈마 발생을 위한 전압이나 전력은 유전체의 두께에 강하게 의존하므로, 막 두께가 얇을수록 플라즈마 발생을 위한 전력소비가 적다. 또한 전기장 강도(E)는 인가 전압(V)/전극간 거리(S) 이므로, 전극간의 거리가 짧은 경우 전기장 강도는 커져 플라즈마는 용이하게 발생하기 때문이다. 하지만 거리가 너무 가까우면 공기와 충돌확률이 낮아 이온화되지 않아 방전이 어려울 수도 있으므로 필요에 따라 전압을 높여줘야 한다. 즉 방전에는 가장 적당한 거리와 압력, 그리고 전압이 필요하다.In particular, since the voltage or power for generating the plasma strongly depends on the thickness of the dielectric, the thinner the film thickness, the less power consumption for generating the plasma. In addition, since the electric field strength (E) is the applied voltage (V) / the distance between the electrodes (S), when the distance between the electrodes is short, the electric field strength increases and plasma is easily generated. However, if the distance is too close, the probability of collision with air is low, so it is not ionized and discharge may be difficult, so the voltage should be increased as necessary. That is, the most appropriate distance, pressure, and voltage are required for discharge.

또한, 플라즈마 발생기는 교류 전원 또는 직류 펄스 전원을 이용하여 구동되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 방전 전극에 대해서 일정 간격으로 전류가 흐르도록 되기 때문에, 플라즈마 발생기의 소비 전력이나 발열량을 저하시킬 수 있다.In addition, the plasma generator is preferably driven using an AC power supply or a DC pulse power supply. In this way, since current flows through the discharge electrode at regular intervals, the power consumption and the amount of heat generated by the plasma generator can be reduced.

상기 전극에 인가되는 전원의 주파수는 10~100 kHz의 진동수가 바람직하고 출력전압은 10V~2kV정도의 범위가 적절하다. 일반적으로 전극의 간극이 1mm일 때, 20kHz 주파수와 3~4kV의 파워를 공급하면 된다.The frequency of the power applied to the electrode preferably has a frequency of 10 to 100 kHz, and the output voltage is preferably in the range of 10V to 2kV. In general, when the gap between the electrodes is 1mm, 20kHz frequency and power of 3~4kV may be supplied.

또한, 유전체의 형성 재료로서는 산화 알루미늄(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN), 산화 이트륨(Y2O3), 산화 마그네슘(MgO), 산화 티탄(TiO2), 산화 실리콘(SiO2), 네오디뮴, 페라이트 등이나 그들의 혼합물일 수 있다. 특히 방전 전극의 재료가 텅스텐이며, 유전체의 재료가 산화 알루미늄인 경우 질화 알루미늄 등보다도 소성 온도가 낮기 때문에, 상기 적층된 복수개의 전극패널을 용이하게 저비용으로 제작할 수 있다.In addition, as a dielectric material forming material, aluminum oxide (Al2O3), aluminum nitride (AlN), yttrium oxide (Y2O3), magnesium oxide (MgO), titanium oxide (TiO2), silicon oxide (SiO2), neodymium, ferrite, etc., or mixtures thereof can be In particular, when the material of the discharge electrode is tungsten and the material of the dielectric is aluminum oxide, the firing temperature is lower than that of aluminum nitride or the like.

상기 상압 플라즈마 반응기는 공기 팬으로부터 유입되어 간극(S)사이로 통과하면서 공기에 포함되어 있는 신형 코로나 바이러스와 같은 오염물질을 제거하기 위해 이용된다. 이 경우, 직류 펄스 전원으로부터 인접하는 전극 패널에 펄스 전압이 인가되면, 유전체 장벽 방전이 생겨 방전 전극에 플라즈마가 발생한다. 따라서 통과하는 공기에 포함되어 있는 바이러스 등은 불활성화된다.The atmospheric pressure plasma reactor is used to remove contaminants such as new corona virus that is introduced from an air fan and passes through the gap S. In this case, when a pulse voltage is applied from a DC pulse power supply to an adjacent electrode panel, dielectric barrier discharge is generated and plasma is generated in the discharge electrode. Therefore, viruses and the like contained in the air passing through are inactivated.

하지만, 플라즈마 방전에 의해 생산되는 활성종들 중에서는 오존이 포함되며, 이는 탁월한 살균력이 있지만 인체 호흡기 등에 악영향을 미쳐 그 농도는 일정 수준 이하로 제한되어야 하므로 추가로 오존을 제거할 수 있는 수단을 구비하여야 한다.However, ozone is included among the active species produced by plasma discharge, which has excellent sterilization power, but adversely affects the human respiratory tract, etc. shall.

따라서 공기 청정 장치를 구성하는 오존 필터가 플라즈마 반응기의 하류쪽에 배치되어 촉매 담체를 구비하고 있다. 이는 플라즈마 반응기에서 유전체 장벽 방전을 실시했을 때에 발생한 오존을 분해하는 역할을 수행하며, 바람직하게는 허니콤 구조형태로 하우징내에서 공기 통과 방향과 평행하게 배치되어 있다. 본 실시 형태에서 촉매 담체의 재료는 근청석(Cordierite)이 바람직하며, 산화 알루미늄이나 질화 알루미늄 등의 다른 세라믹, 스테인리스(SUS316) 등과 같은 금속 중에서 어느 하나를 선택할 수 있다. Accordingly, an ozone filter constituting the air purifier is disposed on the downstream side of the plasma reactor and is provided with a catalyst carrier. This serves to decompose ozone generated when dielectric barrier discharge is performed in the plasma reactor, and is preferably arranged in a honeycomb structure in parallel to the air passage direction in the housing. In this embodiment, the material of the catalyst carrier is preferably cordierite, and any one of metals such as other ceramics such as aluminum oxide and aluminum nitride and stainless steel (SUS316) may be selected.

상기 오존을 분해하는 촉매는 촉매 담체에 담지시켜 사용된다. 여기서, 촉매의 재료로는 이산화망간(MnO2), 산화 니켈(NiO) 등을 선택할 수 있다. 특히 촉매가 이산화망간인 경우 오존은 촉매에 의해 확실히 분해할 수 있다.The catalyst for decomposing ozone is used by being supported on a catalyst carrier. Here, as a material of the catalyst, manganese dioxide (MnO2), nickel oxide (NiO), or the like may be selected. In particular, when the catalyst is manganese dioxide, ozone can certainly be decomposed by the catalyst.

본 발명과 같은 적층 구조의 유전체 장벽 방전을 이용하면, 오존을 포함한 활성종이 발생하고 발생한 활성종의 접촉에 의해 세균이 살균되어 바이러스가 빠르게 불활성화된다. 또한, 오존이 본 발명의 오존 필터를 통과하면 오존이 촉매에 의해 분해되면 활성 산소가 발생한다. 이 활성 산소의 접촉에 의해 플라즈마 반응기에 의해서 살균되지 않았던 일부 세균이 살균될 수 있으며, 플라즈마 반응기에 의해서 불활성화되지 않았던 바이러스도 추가로 불활성화될 수 있게 되는 것이다.When a dielectric barrier discharge having a stacked structure as in the present invention is used, active species including ozone are generated, bacteria are sterilized by contact of the generated active species, and viruses are rapidly inactivated. In addition, when ozone passes through the ozone filter of the present invention, active oxygen is generated when ozone is decomposed by the catalyst. By contact with this active oxygen, some bacteria that were not sterilized by the plasma reactor can be sterilized, and viruses that have not been inactivated by the plasma reactor can be further inactivated.

즉, 상기의 플라즈마 발생기와 오존 필러의 혼합 작용에 의해, 오염된 공기내의 세균의 살균이나 바이러스의 불활성화를 통해 종래의 장치보다 빠르고 확실하게 제거할 수 있게 된다. 또한 이러한 공기 청정 장치는 신속하고 완벽한 균의 살균이나 바이러스의 불활성화를 위해서 공기를 별도로 가열하거나 냉각하는 단계를 필요하지 않은 장점이 있다.That is, by the mixing action of the plasma generator and the ozone filler, it is possible to remove quickly and reliably than conventional devices through sterilization of bacteria or inactivation of viruses in polluted air. In addition, such an air purifier has an advantage in that it does not require a separate heating or cooling step of air for rapid and complete sterilization of bacteria or inactivation of viruses.

또한, 플라즈마 발생기와 오존 필터를 모두 이용하여 세균의 살균이나 바이러스의 불활성화를 실시하기 때문에, 오염된 공기의 처리량이 증가하더라도, 유전체가 설치된 전극패널 사이의 간극에 고전압을 인가하지 않아도 되어 플라즈마 발생기의 소비 전력의 증가가 억제된다. 게다가, 전극패널 사이의 간극에 고전압의 인가를 가능하게 하기 위해, 플라즈마 발생기를 대형화하지 않아도 되므로, 공기 청정 장치의 소형화를 기할 수 있다.In addition, since both the plasma generator and the ozone filter are used to sterilize bacteria or inactivate viruses, even if the amount of contaminated air is increased, it is not necessary to apply a high voltage to the gap between the electrode panels on which the dielectric is installed. increase in power consumption is suppressed. In addition, since the plasma generator does not need to be enlarged in order to enable application of a high voltage to the gap between the electrode panels, it is possible to reduce the size of the air purifier.

신형 코로나 바이러스나 인플루엔자 바이러스 등은 양이온, 음이온, 자외선, 활성 산소(O 라디컬, OH 라디컬 등), 활성 질소(N 라디컬, NO 라디컬 등), 오존 등의 플라즈마 화학반응 및 플라즈마 물리 반응에 의해, 대부분 사멸 또는 불활성화될 수 있다. 하지만 공기 청정 장치내에서의 체류 시간이 중요하므로, 살균 대상의 바이러스를 보다 확실하게 불활성화하기 위해서는 체류 시간의 증대가 바람직하지만, 유입되는 공기의 풍량, 유속 및 전극패널의 폭도 함께 고려하여야 한다.Plasma chemical reactions and plasma physical reactions such as positive ions, negative ions, ultraviolet rays, active oxygen (O radical, OH radical, etc.), active nitrogen (N radical, NO radical, etc.), ozone, etc. By, most can be killed or inactivated. However, since the residence time in the air purifier is important, it is desirable to increase the residence time in order to more reliably inactivate the virus to be sterilized, but also consider the amount of air flow, the flow rate, and the width of the electrode panel.

따라서 필요에 따라, 유입되는 공기의 평균 유속을 계산하고 완벽한 살균효과를 위한 최적의 체류시간을 위해서 전극패널의 개수 및 전극의 폭(W)을 조절하거나 플라즈마 발생기와 오존 필터와의 간격(L)까지도 유동적으로 조절하면 더욱 효과적일 수 있다.Therefore, if necessary, calculate the average flow rate of the incoming air and adjust the number of electrode panels and the width (W) of the electrodes for the optimal residence time for perfect sterilization effect, or the distance (L) between the plasma generator and the ozone filter It can be even more effective if it is dynamically controlled.

도 2는 본 발명의 다른 실시양태에 따른 공기 청정 장치에 관한 것으로, 플라즈마 발생기(20)와 오존 필터(30)와의 간격(L)을 가깝게 좁힌 경우이다.2 is a case in which the distance L between the plasma generator 20 and the ozone filter 30 is narrowed close to an air cleaning device according to another embodiment of the present invention.

도 3은 또 다른 실시양태의 공기 청정 장치에 관한 것으로, 서로 다른 폭(W)의 복수개 전극 패널이 설치된 경우이고, 공기의 흐름의 속도에 따라 체류시간의 변화를 조절할 수 있는 특징이 있다.3 is a case in which a plurality of electrode panels of different widths (W) are installed, which relates to an air cleaning device according to another embodiment.

10 공기 팬
20 플라즈마 발생기
21 접지 전극
22 방전 전극
23 유전체
30 오존 필터10 air fan
20 Plasma Generator
21 ground electrode
22 discharge electrode
23 dielectric
30 ozone filter

Claims (6)

오염된 공기를 흡입하는 공기 팬(10)과,
방전 전극(21)과 접지 전극(22)사이의 양쪽 내벽에 유전체(23)가 설치된 전극패널을 복수개 적층한 구조를 가진 플라즈마 발생기(20)와,
오존을 분해하는 촉매를 담지시킨 오존 필터(30)를 구비한 것을 특징으로 하는 공기 청정 장치an air fan (10) for sucking the polluted air;
A plasma generator 20 having a structure in which a plurality of electrode panels in which dielectrics 23 are installed are stacked on both inner walls between the discharge electrode 21 and the ground electrode 22;
An air purifier comprising an ozone filter (30) carrying a catalyst for decomposing ozone. 제 1항에 있어서, 상기 방전 전극(21)과 접지 전극(22)과의 간격(S)은 1mm이하인 것을 특징으로 하는 공기 청정 장치The air purifier according to claim 1, wherein the distance (S) between the discharge electrode (21) and the ground electrode (22) is 1 mm or less. 제 1항에 있어서, 상기 플라즈마 발생기(20)는 교류 전원 또는 직류 펄스 전원을 이용하여 구동되는 것을 특징으로 하는 공기 청정 장치The air cleaning device according to claim 1, wherein the plasma generator (20) is driven using an AC power supply or a DC pulse power supply. 제 1항에 있어서, 상기 플라즈마 발생기(20)는 주파수가 20kHz이상의 전원을 이용하여 구동되는 것을 특징으로 하는 공기 청정 장치The air cleaning device according to claim 1, wherein the plasma generator (20) is driven using a power source having a frequency of 20 kHz or higher. 제 1항에 있어서, 상기 방전 전극(22)의 재료는 텅스텐이고, 상기 유전체(23)의 재료는 산화 알루미늄인 것을 특징으로 하는 공기 청정 장치The air purifier according to claim 1, characterized in that the material of the discharge electrode (22) is tungsten, and the material of the dielectric (23) is aluminum oxide. 제 1항에 있어서, 상기 오존 필터(30)에 담지된 촉매는 이산화망간인 것을 특징으로 하는 공기 청정 장치The air cleaning device according to claim 1, wherein the catalyst supported on the ozone filter (30) is manganese dioxide.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115487672A (en) * 2022-09-20 2022-12-20 南京简智仪器设备有限公司 Air disinfection and purification device
KR102589084B1 (en) * 2022-12-13 2023-10-13 빌트조명(주) LED lighting fixtures with air purification function

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100779841B1 (en) 2004-11-02 2007-11-28 엄환섭 Apparatus and methode for surface treatment by atmospheric plasma
JP2018110648A (en) 2017-01-10 2018-07-19 日本特殊陶業株式会社 Air purifier and fan filter unit
KR102005618B1 (en) 2017-03-09 2019-07-31 광운대학교 산학협력단 Air purifier using air running plasma source
KR102138300B1 (en) 2020-03-25 2020-07-27 주식회사 아우르다 air sterilization device and method
JP2020163232A (en) 2020-07-06 2020-10-08 村田 正義 Air cleaner with plasma

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100779841B1 (en) 2004-11-02 2007-11-28 엄환섭 Apparatus and methode for surface treatment by atmospheric plasma
JP2018110648A (en) 2017-01-10 2018-07-19 日本特殊陶業株式会社 Air purifier and fan filter unit
KR102005618B1 (en) 2017-03-09 2019-07-31 광운대학교 산학협력단 Air purifier using air running plasma source
KR102138300B1 (en) 2020-03-25 2020-07-27 주식회사 아우르다 air sterilization device and method
JP2020163232A (en) 2020-07-06 2020-10-08 村田 正義 Air cleaner with plasma

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115487672A (en) * 2022-09-20 2022-12-20 南京简智仪器设备有限公司 Air disinfection and purification device
KR102589084B1 (en) * 2022-12-13 2023-10-13 빌트조명(주) LED lighting fixtures with air purification function

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